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等编码数字流量控制单元编码变换与控制方法

机械工程学报 2024年第2期60卷 287-301页

作者：王佩程雨旺李新浩姚静吴柳杰燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室秦皇岛066004 先进制造成形技术及装备国家地方联合工程研究中心秦皇岛066004 宁波赛福汽车制动有限公司宁波315121

基于并联数字阀的数字流量控制单元(Digital flow control unit,DFCU)是数字液压系统的核心控制部件,在编码开关控制下DFCU开关组合数量随编码位数呈指数增加,面临控制计算量大、流量分辨率受限的问题。因此,提出等编码DFCU编码变换方法... 详细信息

基于并联数字阀的数字流量控制单元(Digital flow control unit,DFCU)是数字液压系统的核心控制部件,在编码开关控制下DFCU开关组合数量随编码位数呈指数增加,面临控制计算量大、流量分辨率受限的问题。因此,提出等编码DFCU编码变换方法,通过减少编码位数缩小最佳开关组合搜索空间,减少控制计算量,并设计基于代价函数的编码开关控制、脉冲宽度调制(Pulsewidthmodulation,PWM)及其组合的多种控制器,提高流量分辨率保证控制精度。基于高速开关阀静态特性测试,拟合得到其流量-占空比-压力三者之间数学模型。以7-bit高速开关阀组成的等编码DFCU作为研究对象,利用不同高速开关阀数量的组合控制,变换为4-bit裴波那契编码和3-bit二进制编码,并分析编码变换前后的脉冲数调制(Pulsenumber modulation,PNM)、脉码调制(Pulsecodemodulation,PCM)、PWM及复合控制器的流量输出特性。试验结果从控制精度、计算量、切换次数的对比表明,DFCU在编码开关控制方式下以较少的启闭次数可实现离散流量有级输出,编码构型变换后可有效减少计算量,切换次数与冲击略有增多;PWM控制可实现近似连续的流量输出,但压力脉动和切换次数远高于编码开关控制;变换后的编码开关与PWM复合控制不仅提高了流量控制精度,可以实现与PWM控制精度基本一致的流量输出,且切换次数远小于PWM控制方式并可以减少控制周期内的计算量。

关键词：数字流量控制单元脉冲数调制脉码调制脉冲宽度调制编码构型流量控制

热等静压制备TC4合金内筋圆筒工艺优化、致密化行为与组织性能

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中国有色金属学报 2024年

作者：徐博董添添邓太庆易卓勋徐岩贾建波航天材料及工艺研究所中国空间技术研究院北京卫星制造厂有限公司燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室燕山大学先进制造成形技术及装备国家地方联合工程研究中心

采用有限元模拟技术研究了TC4合金内筋筒形件在热等静压（HIP）过程中的致密化行为，通过响应面技术获得了优化的HIP工艺参数，并开展了优化工艺的HIP实验。分别对HIP制备TC4合金内筋筒形件的不同部位开展致密度、力学性能测试和微观组... 详细信息

采用有限元模拟技术研究了TC4合金内筋筒形件在热等静压（HIP）过程中的致密化行为，通过响应面技术获得了优化的HIP工艺参数，并开展了优化工艺的HIP实验。分别对HIP制备TC4合金内筋筒形件的不同部位开展致密度、力学性能测试和微观组织、断口形貌表征。结果表明：TC4合金内筋筒形件的外表面优先致密，筒壁和筒底芯部的致密度最高，HIP压力对致密化的贡献高于保温保压时间。HIP制件筒壁和筒底的组织致密均匀、室温拉伸性能接近，筒壁室温拉伸性能均略优。350℃温度下，拉伸性能差值进一步缩小，抗拉强度保持率达到近70%。室温和350℃拉伸变形试样均展示以韧性断裂为主的断裂特征。

关键词： TC4合金内筋筒形件热等静压致密化微观组织力学性能

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复合板起皱失稳数值模拟模型的建立

武汉科技大学学报 2024年第1期47卷 20-29页

作者：杜冰董明鑫刘凤华李扬燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学先进制造成形技术及装备国家地方联合工程研究中心河北秦皇岛066004 燕山大学河北省金属精密塑性加工工程技术研究中心河北秦皇岛066004

复合板被广泛应用于汽车工业、航空航天、国防军工等各大领域,起皱失稳是复合板塑性成形过程中影响零件质量的主要问题之一,而目前能够准确复现复合板起皱形貌的数值模拟模型的建立方式尚不明晰。因此本文以方板对角拉伸试验(YBT)作为... 详细信息

复合板被广泛应用于汽车工业、航空航天、国防军工等各大领域,起皱失稳是复合板塑性成形过程中影响零件质量的主要问题之一,而目前能够准确复现复合板起皱形貌的数值模拟模型的建立方式尚不明晰。因此本文以方板对角拉伸试验(YBT)作为对比验证对象,在ABAQUS软件中采用特征值屈曲分析分别与动力显式和静力通用两种常规算法相结合的buckle-dynamic算法以及buckle-static算法,对选用不同建模方式和单元类型建立的模型,以起皱高度、厚向位移和应变云图等为评估依据,进行了起皱形貌模拟对比分析。结果表明,采用buckle-static算法对复合层建模方式建立的常规壳模型分析所得结果的综合性能最佳。若模拟工况复杂或计算不易收敛,分析方法也可选用buckle-dynamic算法。

关键词：复合板起皱失稳数值模拟模型方板对角拉伸试验起皱形貌

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小弯曲半径厚壁热揻弯管成形工艺数值模拟

塑性工程学报 2024年第4期31卷 234-242页

作者：于高潮牛森齐聪勃宋东涛齐绍聪马彦东燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室河北秦皇岛066004 帝国理工学院机械工程系伦敦SW72AZ 燕山大学先进制造成形技术及装备国家地方联合工程研究中心河北秦皇岛066004 孟村回族自治县黎明电子机械厂河北沧州061403 中油宝世顺(秦皇岛)钢管有限公司河北秦皇岛066206

针对小弯曲半径的大口径厚壁弯管成形问题,基于ABAQUS有限元模拟软件,利用Dflux子程序模拟温度场进行顺序热力耦合,对外径Φ426 mm、壁厚50 mm的钢管进行弯曲半径为2.5D的热揻弯管成形工艺过程模拟,对比了不同加热位置对弯管成形质量的... 详细信息

针对小弯曲半径的大口径厚壁弯管成形问题,基于ABAQUS有限元模拟软件,利用Dflux子程序模拟温度场进行顺序热力耦合,对外径Φ426 mm、壁厚50 mm的钢管进行弯曲半径为2.5D的热揻弯管成形工艺过程模拟,对比了不同加热位置对弯管成形质量的影响,发现加热位置与转轴在同一平面时成形质量更高。同时,在一定参数范围内,以减薄率、增厚率、椭圆度和弯曲半径为指标,通过正交试验,结合综合评分法研究了线圈宽度、加热温度和推进速度对热揻弯管成形质量的影响。结果表明,综合得分指标随温度的升高而降低,随线圈宽度增加和推进速度加快而升高,并获取了最佳工艺参数为:线圈宽度40 mm、加热温度900℃、推进速度25 mm·min^(-1)。

关键词：热揻弯管正交试验成形工艺数值模拟

成形路径对Al/CFRTP/Al层板冲压成形特性的影响

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塑性工程学报 2024年第9期31卷 36-45页

作者：王健王重阳丁梓峻熊浪胥亮燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心燕山大学机械工程学院海安太原理工大学先进制造与智能装备产业研究院

为提升纤维金属层板成形质量和成形精度，研究了不同成形路径对Al/CFRTP/Al层板冲压成形特性的影响规律。通过回弹角度测量、微观形貌分析以及三点弯曲试验，研究了制板成形、成形固化和混合共冲3种不同成形路径对纤维金属层板U形件成... 详细信息

为提升纤维金属层板成形质量和成形精度，研究了不同成形路径对Al/CFRTP/Al层板冲压成形特性的影响规律。通过回弹角度测量、微观形貌分析以及三点弯曲试验，研究了制板成形、成形固化和混合共冲3种不同成形路径对纤维金属层板U形件成形特性的影响。结果表明，混合共冲制备的试件回弹角度为1.34°,中间层内外侧0°方向碳纤维发生拉伸断裂，并形成了贫富树脂区和厚度不均匀等宏观缺陷。成形固化制备的试件回弹角度为2.84°,中间层内外侧0°方向碳纤维均发生拉伸断裂，厚度分布均匀，无宏观缺陷，综合性能较好，成形质量较为可控。

关键词： Al/CFRTP/Al层板冲压成形成形路径回弹角度成形质量

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森吉米尔20辊轧机板形快速预报模型

钢铁 2024年

作者：王东城任寅杰吕猷闯杜京博刘宏民燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心金属成形技术与重型装备全国重点实验室

森吉米尔20辊轧机生产时经常会遇到各种板形问题，需要通过板形预报模型进行机理分析、设备和工艺参数优化。目前，普遍采用带材塑性变形模型与辊系弹性变形模型相互迭代的方法进行板形预报，而轧制压力分布对于出口厚度分布微小的变化... 详细信息

森吉米尔20辊轧机生产时经常会遇到各种板形问题，需要通过板形预报模型进行机理分析、设备和工艺参数优化。目前，普遍采用带材塑性变形模型与辊系弹性变形模型相互迭代的方法进行板形预报，而轧制压力分布对于出口厚度分布微小的变化十分敏感，必须采用松弛因子法缓慢更新出口厚度分布才能保证收敛性。与普通四辊、六辊轧机相比，进行20辊轧机板形预报时，未知量成倍增加，计算时间更长，也更容易出现计算不收敛的现象。为此，将模型耦合法拓展应用于森吉米尔20辊轧机。首先，对20辊轧机的辊系和带材进行单元划分；在此基础上，分别列出带材出口横向位移线性方程组、轧辊之间变形协调方程组、力和力矩平衡方程组和空载辊缝方程。通过出口厚度分布方程实现2个模型之间的耦合，最终可将全部方程集成为1套统一的线性方程组。求解过程不再需要进行2个模型之间的相互迭代，可显著提高计算速度和稳定性。以某厂ZR22B-52森吉米尔20辊轧机为例，计算了2种规格不锈钢带材的板形，与现场实测板形进行比较，两者吻合良好。此外，模型耦合法的计算结果与传统方法吻合良好，而计算时间缩短为传统方法的0.16%～0.9%，为20辊轧机基于模型的板形控制奠定了基础。

关键词： 20辊轧机高强薄带板形预报模型耦合法空载辊缝

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冷轧带材多通道板形并行预报方法

中国机械工程 2024年

作者：段伯伟王东城徐扬欢刘宏民燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心金属成形技术与重型装备全国重点实验室

板形是冷轧带材产品质量的关键指标，工业中通过板形测控系统实现板形自动检测与控制。板形预报模型是板形控制系统的基础，建立高精度、高速度、高鲁棒性的板形预报模型对提高板形控制精度具有重要意义。本文采用集成学习方法研究一种... 详细信息

板形是冷轧带材产品质量的关键指标，工业中通过板形测控系统实现板形自动检测与控制。板形预报模型是板形控制系统的基础，建立高精度、高速度、高鲁棒性的板形预报模型对提高板形控制精度具有重要意义。本文采用集成学习方法研究一种精度高、泛化能力强的冷轧带材板形预报方法。首先，以工业大数据为基础构建模型训练所需数据集，具有数据规模大、板形多样化程度高的特点。根据轧机与板形仪间的相对位置进行时间滞后补偿处理，消除数据之间的时间不同步。利用数据挖掘技术中的孤立森林算法对数据中的异常点进行清洗，提高了训练数据质量和模型性能。其次，基于极端梯度提升算法搭建多通道板形并行预报架构，利用处理后生产数据对此架构进行训练，得到冷轧带材板形预报模型（CCFD＿M）。最后，以模型CCFD＿M为基础，提出板形通道优化算法消除预报结果的“伪板形”问题，得到实用版冷轧带材板形预报模型（CCFD＿OM）。经测试集验证，模型CCFD＿OM的预报误差指标MAE和RMSE分别达到0.4044I和0.6816I，拟合性能指标R2达到了0.83，能够满足实际生产要求。

关键词：冷轧带材板形预报时间滞后补偿孤立森林算法极端梯度提升算法

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电塑性轧制加电装置设计及实验验证

塑性工程学报 2024年第9期31卷 239-247页

作者：邸鑫李大龙黄华贵燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心燕山大学机械工程学院

为满足电塑性轧制中高能脉冲电流的高效传输和靶向作用，提出一种电塑性轧制加电装置，并利用ANASYS有限元分析软件对轧辊与轧件的电流场和温度场进行了仿真分析。通过变参数多工况模拟，研究了不同参数对电极与轧辊、轧辊与轧件接触处... 详细信息

为满足电塑性轧制中高能脉冲电流的高效传输和靶向作用，提出一种电塑性轧制加电装置，并利用ANASYS有限元分析软件对轧辊与轧件的电流场和温度场进行了仿真分析。通过变参数多工况模拟，研究了不同参数对电极与轧辊、轧辊与轧件接触处电流集中的影响、轧件塑性变形区内电流非均匀分布区的影响规律以及轧辊和轧件的温升情况。基于此，搭建了二辊电塑性轧制实验平台，并以AZ31镁合金板材为对象，验证了新的加电方案可以有效遏制AZ31镁合金轧制过程中边裂现象的发生，从而大幅度提升了镁合金板材的成形效率与质量。

关键词：电塑性轧制电流场温度场有限元法

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热连轧过程机架间运动板带动特性研究

工程力学 2024年第5期41卷 234-246页

作者：崔金星孙建亮彭艳邢建康燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心北京星航机电装备有限公司

研究了热轧过程机架间运动板带动力学特征及其影响因素。基于热轧过程板带张力形成机理，考虑机架间板带张力建立了动态张力模型；同时，考虑热轧机活套辊对运动板带的支撑作用，基于Hamilton理论建立了运动板带等效运动梁模型，并基于... 详细信息

研究了热轧过程机架间运动板带动力学特征及其影响因素。基于热轧过程板带张力形成机理，考虑机架间板带张力建立了动态张力模型；同时，考虑热轧机活套辊对运动板带的支撑作用，基于Hamilton理论建立了运动板带等效运动梁模型，并基于四阶Galerkin截断法对偏微分方程进行离散化，得到系统四阶常微分方程组。仿真分析机架间板带张力、速度和活套辊支承刚度对运动板带动力学特性的影响，以及运动板带在辊系振动引发的速度摄动下振动特征和影响规律。结果表明：张力、板带速度和活套支撑辊刚度均影响板带动力学模态特征，且活套辊支撑作用可降低板带振动幅值；在热轧工艺范围内，调整板带张力和速度对运动板带的稳定性影响不大；辊系振动造成板带运动速度呈摄动特征，且摄动频率和幅值与板带振动强度关系密切。该研究对热轧过程机架间运动板带稳定性分析和活套控制设计提供参考。

关键词：热轧运动板带 Galerkin离散法张力板带振动混沌